Application de l'action de la force d'Ampère dans la technologie

En 1820, le physicien danois Hans Christian Oersted fait une découverte fondamentale : l'aiguille magnétique d'une boussole est déviée par un fil parcouru par un courant électrique continu. Ainsi, le scientifique a découvert dans une expérience que le champ magnétique du courant est dirigé exactement perpendiculairement au courant, et non parallèlement à celui-ci, comme on pourrait le supposer.

Le physicien français André-Marie Ampère a été tellement inspiré par la démonstration de l'expérience d'Oersted qu'il a décidé de poursuivre seul ses recherches dans cette direction.

Ampère a pu établir que non seulement une aiguille magnétique est déviée par un conducteur porteur de courant, mais que deux conducteurs parallèles transportant des courants continus peuvent s'attirer ou se repousser - selon les directions dans lesquelles ils se déplacent l'un par rapport à l'autre. fils.

Il s'est avéré qu'un courant électrique produit un champ magnétique, et le champ magnétique agit déjà sur un autre courant.Ampère a conclu qu'un fil conducteur de courant agit également sur un aimant permanent (flèche) uniquement parce que de nombreux courants microscopiques circulent également à l'intérieur de l'aimant dans des chemins fermés, et en pratique, bien que les champs magnétiques interagissent, les sources de ces champs magnétiques, les courants , sont repoussés. Il n'y aurait pas d'interaction magnétique sans courants.

Ainsi, la même année 1820, Ampère découvre la loi selon laquelle les courants électriques continus interagissent. Les conducteurs avec des courants dirigés dans une direction s'attirent et les conducteurs avec des courants dirigés de manière opposée se repoussent (voir - Loi d'Ampère).

À la suite de ses travaux expérimentaux, Ampère a découvert que la force agissant sur un fil porteur de courant placé dans un champ magnétique dépend linéairement à la fois de l'amplitude du courant I dans le fil et de l'amplitude de l'induction B du champ magnétique dans lequel ce fil est placé.

La loi d'Ampère peut être formulée comme suit. La force dF avec laquelle le champ magnétique agit sur un élément de courant dI situé dans un champ magnétique d'induction B est directement proportionnelle au courant et au produit vectoriel de la longueur de l'élément conducteur dL par l'induction magnétique B.

La direction de la force d'Ampère peut être déterminée par la règle de la main gauche. Cette force est maximale lorsque le fil est perpendiculaire aux lignes d'induction magnétique. En principe, l'ampérage d'un fil de longueur L parcouru par un courant I placé dans un champ magnétique d'induction B faisant un angle alpha avec les lignes de force du champ magnétique est égal à :

Aujourd'hui, on peut affirmer que tous les composants électriques dans lesquels une action électromagnétique met un élément en mouvement mécanique utilisent la force de l'ampère.

Le principe de fonctionnement des machines électromécaniques repose précisément sur cette force, par exemple, dans un moteur électrique… A tout instant, pendant le fonctionnement du moteur électrique, une partie de son enroulement rotorique se déplace dans le champ magnétique du courant d'une partie de l'enroulement statorique. C'est une manifestation de la force d'Ampère et de la loi d'Ampère de l'interaction des courants.

Ce principe est peut-être le plus courant dans les moteurs électriques, où l'énergie électrique est ainsi convertie en énergie mécanique.

Le générateur, en principe, est le même moteur électrique, ne réalisant que la transformation inverse : l'énergie mécanique est convertie en énergie électrique (voir — Comment fonctionnent les générateurs AC et DC ?).

Dans le moteur, l'enroulement du rotor, à travers lequel le courant circule, subit l'action de la force Ampère du champ magnétique du stator (sur lequel le courant avec la direction souhaitée agit également à ce moment) et ainsi le rotor du moteur entre en un mouvement de rotation, rotation de l'arbre avec la charge.

Les voitures électriques, les tramways, les trains électriques et autres véhicules électriques subissent la rotation des roues grâce à un arbre qui tourne sous l'action de la force d'Ampère dans un moteur d'entraînement à courant alternatif ou continu. Les moteurs AC et DC utilisent des ampères.

Les serrures électriques (portes d'ascenseur, portails, etc.) fonctionnent de la même manière, en un mot - tous les mécanismes où l'action électromagnétique entraîne un mouvement mécanique.

Par exemple, dans un haut-parleur qui produit du son dans les haut-parleurs d'un haut-parleur, la membrane vibre car la bobine conductrice de courant est repoussée par le champ magnétique de l'aimant permanent autour duquel elle est installée.Ainsi se forment des vibrations sonores — l'Ampérage est variable (puisque le courant dans la bobine change avec la fréquence du son à reproduire) pousse le diffuseur, générant du son.

Les instruments de mesure électriques du système magnétoélectrique (par exemple, les ampèremètres analogiques) comprennent un cadre métallique amovible installé entre les pôles d'un aimant permanent… Le cadre est suspendu à des ressorts en spirale, à travers lesquels le courant électrique mesuré passe à travers cet appareil de mesure, en fait, à travers le cadre.

Lorsque le courant traverse le cadre, la force Ampère, proportionnelle à l'amplitude du courant donné, agit sur celui-ci dans le champ magnétique d'un aimant permanent, donc le cadre tourne, déformant les ressorts. Lorsque la force de l'ampère est équilibrée par la force du ressort, la lunette s'arrête de tourner et à ce moment-là, des lectures peuvent être prises.

Une flèche est reliée au cadre, pointant vers l'échelle graduée de l'appareil de mesure. L'angle de déviation de la flèche s'avère être proportionnel au courant total traversé par le cadre. Le cadre se compose généralement de plusieurs tours (voir — Appareil ampèremètre et voltmètre).